BRPI0305394B1

BRPI0305394B1 - sistema para controlar remotamente um equipamento submarino

Info

Publication number: BRPI0305394B1
Application number: BRPI0305394A
Authority: BR
Inventors: Christopher David Baggs
Original assignee: Abb Offshore Systems Ltd; Ge Oil & Gas Uk Ltd; Vetco Gray Controls Ltd
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2016-06-14
Also published as: NO344705B1; NO20035351D0; GB2396086B; US20070107903A1; NO20141513A1; NO335915B1; US20040159430A1; US7148812B2; GB2396086C; BR0305394A; GB0228203D0; NO20071059L; GB2396086A; DE10355988A1; NO20035351L; USRE41173E1; NO324061B1; DE10355988B4

Abstract

"sistema para uso no controle de um poço de produção de hidrocarboneto". um sistema para uso no controle de um poço de produção de hidrocarboneto compreende: um meio de computação (6) em um local de controle remoto de uma árvore de poço do poço; meios de árvore de poço (11, 3, 4, 5, 13) compreendendo: um meio de processamento (2) para aplicação de sinais de controle e recepção de sinais de dispositivos da árvore de poço; e um meio (13) para a recepção de sinais adicionais associados à operação do poço; e uma ligação de comunicação bidirecional (8) entre o meio de computação e o meio de árvore de poço. o meio de árvore de poço ainda compreende um roteador de comunicações (12) acoplado ao meio de processamento e ao referido meio de recepção, para a multiplexação dos sinais de dispositivos na cabeça de poço e dos sinais adicionais na ligação bidirecional.

Description

SISTEMA PARA CONTROLAR REMOTAMENTE UM EQUIPAMENTO SUBMARINO

[001] A presente invenção refere-se a um sistema para uso no controle de um poço de produção de hidrocarboneto.

[002] Na indústria de extração submarina de fluido, uma comunicação é requerida entre um centro de controle e as cabeças de poço localizadas no leito do mar.

Tradicionalmente, o centro de controle está localizado em uma plataforma ou uma embarcação em proximidade relativamente grande com o complexo do poço. Em alguns casos, o centro de controle está localizado em terra, onde a distância do centro de controle até as cabeças de poço pode ser muito maior e podería ser, tipicamente, de 200 km. Sistemas de comunicação de alta capacidade, tipicamente envolvendo fibras óticas, permitem a possibilidade de taxas de dados muito mais altas entre as instalações submarinas e de superfície, o que ainda permite métodos de conexão de fontes de dados submarinas {por exemplo, sensores), particularmente aquelas gerando grandes quantidades de dados, tais como sensores microssísmicos e câmeras de TV.

[003] Uma abordagem convencional é usar um barramento submarino padrão nas extremidades de cabeça de poço de um sistema de transmissão de dados, para conexão dessas várias fontes de dados submarinas. Isso significa que qualquer outra parte provendo um equipamento para o sistema tem de ter uma interface com o barramento e se conformar ao seu protocolo, suas taxas de dados e seus padrões de barramento. Uma vez que diferentes fabricantes têm equipamento padrão com interfaces para uma multiplicidade de protocolos e taxas de dados, custos substanciais estão envolvidos na adaptação dessas interfaces para seguirem o barramento padrão. Hais ainda, uma vez que estes dados são multiplexados no tempo no barramento, as taxas de dados também estão limitadas, um pouco, de modo que algumas transmissões de dados de alta largura de banda desejáveis, tais como sinais de video digital, não podem ser economicamente transmitidas. (004J A Figura 1 mostra um sistema convencional para a comunicação de dados entre árvores de poço submarino e uma instalação de superfície. É montado em cada uma de várias árvores de poço submarino (não mostradas) um módulo eletrônico submarino (SEM) 1, incluindo um processador de SEH 2, o qual lida com, em uma porta 3, dados de sensores de árvore convencionais, tais como de pressão e temperatura, e, em uma porta 4, dados para o controle de dispositivos, tais como válvulas e estranguladores de controle de fluido, havendo uma porta 5 para uma interface padrão para dados de outras fontes de dados submarinas. O processador de SEM 2 comunica-se de forma bidirecional com um sistema de computador de instalação de superfície 6 (em terra ou em uma plataforma, por exemplo) , através de um modem 7 alojado no SEM 1, uma ligação de comunicação 8 e um modem 9 alojado em uma unidade de modem de superfície (SMU) 10 na instalação de superfície. A ligação de comunicação 8 possibilita uma comunicação com os SEMs (SEM Al e SEM Bl) para uma árvore de poço em particular, SEM A2 e SEM B2 representando SEMs em duplicata para uma outra árvore.

[005] Quando o computador de superfície 6 está localizado a uma distância considerável, tal como, tipicamente, de 200 km do complexo de poço, uma ligação por fibra ótica é usada como a ligação 8 para a transmissão de dados entre o ou cada SEM em uma árvore de poço para o computador de superfície 6. Não· obstante, os dados das outras fontes na porta 5 precisam ser adaptados ao protocolo, ás taxas de dados e a outros padrões usados para a comunicação de uma informação de controle e de uma informação de sensor.

[006] D® acordo com a presente invenção, é provido ura sistema para uso no controle de um poço de produção de hidrocarboneto, que compreende: a) um meio· de computação em ura local de controle remoto de uma árvore de poço; b) um meio de árvore de poço que compreende: i) um meio de processamento para aplicação de sinais de controle a e recebimento de sinais de dispositivos da árvore de poço; e ii) meios para a recepção de sinais adicionais associados à operação do poço; e c) uma ligação de comunicação bidirecional entre o referido meio de computação e o referido meio de árvore de poço, onde o meio de árvore de poço ainda compreende: iii) um roteador de comunicações acoplado ao referido meio de processamento e ao referido meio de recepção, para a multiplexaçào dos referidos sinais de dispositivos na cabeça de poço e dos referidos sinais adicionais na referida ligação bidirecional.

[007] A referida ligação bidirecional poderia compreender uma ligação de fibra ótica.

[008] Poderia haver uma pluralidade desses meios de árvore de poço em respectivas árvores de poço, havendo· meios de distribuição entre a referida ligação bidirecional e o meio de árvore de poço para a distribuição de sinais de controle para o referido meio de árvore de poço e recepção de sinais multiplexados do referido meio de árvore de poço* [009] Os referidos sinais dos dispositivos na cabeça de poço e dos referidos sinais adicionais poderíam ter protocolos diferentes e velocidades de dados diferentes.

[010] Os referidos sinais adicionais poderíam incluir sinais de video.

[011] A presente invenção também compreende uma combinação de um sistema de acordo com a invenção, provendo um primeiro canal de comunicação e um outro desses sistemas, provendo um segundo canal de comunicação para uso se o primeiro canal falhar.

[012] A presente invenção será descrita agora, a titulo de exemplo, com referência aos desenhos em anexo, nos quais: [013] A Figura 1 é um diagrama de uma forma conhecida de um sistema para uso no controle de um poço de produção de hídrocarboneto.

[014] A Figura 2 é um diagrama de um exemplo de um sistema de acordo com a presente invenção.

[015] A Figura 3 é um diagrama de um outro exemplo da presente invenção.

[016] A Figura 4 é um diagrama que mostra parte de uma alternativa ao que é mostrado na Figura 3.

[017] A Figura 2 (na qual itens que correspondem àqueles na Figura 1 têm os mesmos números de referência que na Figura 1) ilustra um sistema de acordo com um exemplo da invenção, mostrando uma ligação de ura computador de superfície 6 até uma árvore de poço. O computador de superfície 6 no centro de controle {em terra ou em uma plataforma, por exemplo) envia e recebe dados para e de uma unidade de modem de superfície { SMU) 10, a qual aloja um modem 9. Este modem 9 transmite e recebe dados através de urna ligação de comunicação· 8. A outra extremidade da ligação· de comunicação 8 se conecta à árvore de cabeça de poço·, a qual porta um módulo eletrônico submarino (SEM) 11, o qual aloja um modem 7, o qual é um dispositivo similar ao modem 9 e realiza a função oposta. O modem 7 tem uma saída/entrada elétrica, a qual é conectada a um processador de comunicações 12, o qual funciona como um roteador de comunicações (ou multiplexador inteligente}, também alojado no SEM 11. O roteador de comunicações 12 tem uma multiplicidade de entradas/saidas, havendo uma interface com um processador de SEM convencional 2 {que tem portas de interface de sensor, controle e padrão 3, 4 e 5) e também interfaces 13, cuja interface com outras interfaces padronizadas 'privadas' é conhecida como links virtuais. As interfaces são efetivamente 'conectadas em estrela' ao invés de 'conectadas via linha principal' e virtualmente quaisquer protocolo e taxa de dados podem ser manipulados, limitado apenas pelo roteador 12, pela velocidade e pela limitação final da largura de banda da ligação de comunicação 8 e seus modems 7 e 9. Tipicamente, a ligação 8 podería ter cerca de 200 km de comprimento, os dados sendo transmitidos através dela, tipicamente, a 10 Mbits/s. 0 software no roteador 12 é flexível e lida, por multiplexaçâo, com os dados e o protocolo das interfaces 'privadas', como requerido para a configuração do sistema, para permitir uma comunicação â alta velocidade para e do modem 7, desse modo provendo links virtuais entre a superfície e o equipamento submarino. O processador de SEM 2 lida com o controle convencional de dispositivos submarinos, tais como válvulas e estranguladores, para o controle do processo de extração de fluido. Ele também lida com o registro de eventos local e o processamento de dados dos sensores de árvores, suas funções principais sendo adquirir dados dos sensores e remontá-los em um formato que possa ser transmitido para o computador de superfície e emitir sinais de controle para válvulas e estranguladores de controle de fluido, por exemplo.

[018] Típicas das interfaces padronizadas privadas mencionadas acima sào a interface de sistema de poço inteligente {IWS) íuma interface de Ethernet) e outras, como mostrado na Figura 2, as quais sâo bem conhecidas na indústria, bem como interfaces para dispositivos tais como sensores de nível, sensores microssísmicos e sensores de qualidade de fluido. Devido ao fato de a configuração do sistema permitir uma utilização de largura de banda alta da ligação de comunicação 8, tipicamente uma ligação de fibra ótica, é possível transmitir video comprimido. Isso permite a adaptação de câmeras à cabeça de poço submarino, para permitir uma inspeção visual da árvore, sem a necessidade de operações dispendiosas de mergulho ou o yso de um veículo de operação remota (ROV). Isso terá grandes benefícios para o operador de poço que, no passado, tinha de confiar na informação de sensor para alertar para o emprego de mergulhadores ou de um ROV para efetuar uma inspeção visual, mas, agora, tem uma instalação de inspeção visual contínua. (019] A Figura 3 (na qual os itens que correspondem àqueles na Figura 2 têm os mesmos números de referência que na Figura 2) mostra uma implementação típica de sistema completo para se lidar com a comunicação entre um centro de controle e um complexo de poço submarino, e provendo alta disponibilidade através de redundância duplex dupla. A figura mostra uma aplicação de extremidade alta com uma grande quantidade de redundância e desvios de longa distância com um arranjo de sistema de distribuição central submarino, que se situa entre um computador de superfície e módulos de controle de cabeça de poço. (020] Dois canais de comunicação separados são providos, A e B, para a provisão de 100% de redundância. Descrevendo-se o canal A, um computador de superfície 6 no centro de controle (em terra ou em uma plataforma, por exemplo) alimenta e recebe dados para e de uma SMU 14, a qual aloja dois modems óticos bidirecionais 15 e 16, (021] Os modems óticos 15 e 16 têm uma interface com as respectivas fibras de um par de fibras óticas 17 e 18, as quais terminam próximo de um complexo de cabeça de poço em um módulo eletrônico de comunicação (CEM) 19, tipicamente localizado no leito do mar. Tipicamente, a ligação de comunicação provida pelas fibras óticas podería ser de 200 km, os dados sendo transmitidos entre elas tipicamente a 10 Mbits/s. O CEM 19 permite a criação de interfaces entre muitos poços na localidade com as fibras óticas 17 e 18, 0 uso de duas fibras óticas provê mais redundância e, assim, maior confiabilidade de comunicações. O CEM 19 aloja dois outros modems óticos bidirecionais 20 e 21 acoplados às respectivas fibras das fibras 17 e 18, e os quais extraem sinais elétricos para um roteador de comunicações 22. O roteador de comunicações 22 tem uma interface com modems elétricos, dos quais três, 23, 24 e 25, são mostrados, a título de exemplo, cada um dos quais com interfaces com um modem de um SEM em uma árvore de poço. Assim, por exemplo, o modem 2 3 tem uma interface com o modem 7 de um SEM 1 através de uma ligação de comunicação 26 e com os modems nas outras árvores no grupo através de uma ligação de comunicação 27, e os modems 24 e 25 têm interfaces com modems em outros grupos de árvores através das ligações de comunicação 28 e 29.

[022] A Figura 3 também mostra um canal idêntico B duplicado para uso ao invés do canal A, para confiabilidade adicional. No caso de uma falha de ambos os canais, uma comunicação rudimentar é provida por uma ligação 30 do computador 6 de cada canal, um modem de comunicações de baixa velocidade (LSCM) 31, uma ligação de comunicação de apoio de reserva 32 {tipicamente operando a 1,2 kbits/s) e uma ligação 33 para cada canal, cada ligação sendo acoplada por um LSCM 34 ao roteador de comunicação 22 do respectivo caria 1 .

[023] Deve ser notado que cada um dos modems 23, 24, 25, etc. e cada um dos modems correspondentes nos SEM's de árvore de poço, alternativamente, podem ser da forma que se comunica através do suprimento de energia elétrica com a árvore, isto é, um tipo de modem de comunicações ao ligar (COP) .

[024] h Figura 4 mostra parte de uma alternativa para o sistema da Figura 3, os itens os quais correspondem aos itens na Figura 3 tendo os mesmos números de referência que na Figura 3. Ao invés de uma ligação de comunicação de apoio de reserva única, cada canal tem sua própria ligação de comunicação de apoio de reserva 35 {tipicamente operando a 1,2 kbits/s), sendo uma ligação que provê energia submarina a partir de um suprimento trifásico de 3 fcV, e cada canal tendo um respectivo LSCM 36, ao invés de haver um. LSCM único 31, como na Figura 3. Na Figura 4, os modems 23, 24 e 25 são modems de COP.

Claims

1. SISTEMA PARA CONTROLAR REMOTAMENTE UM EQUIPAMENTO SUBMARINO caracterizado por compreender: um complexo de poço submarino no fundo do mar; primeiro e segundo dispositivos de comunicação no complexo de poço; um roteador de comunicação (12, 22) acoplado aos primeiro e segundo dispositivos de comunicação; um computador (6) em uma localização remota do complexo de poço; uma ligação de comunicação que se estende entre o computador (6) e o roteador (12, 22); em que o roteador (12, 22) recebe sinais dos primeiro e segundo dispositivos de comunicação e multiplexa os sinais na ligação de comunicação,

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro dispositivo de comunicação se comunica com o roteador (12, 22} de acordo com um protocolo de dados selecionado, e o segundo dispositivo de comunicação se comunica com o roteador (12, 22) de acordo com um protocolo de dados diferente do protocolo de dados selecionado.

3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro dispositivo de comunicação compreende; um processador (2) que fornece sinais para dispositivos elétricos para controlar válvulas do complexo de poço submarino,

4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que; o primeiro dispositivo de comunicação compreende um processador (2) que fornece sinais para dispositivos elétricos para controlar válvulas do complexo de poço submarino, o processador se comunicando com o roteador (12, 22) com um protocolo de dados selecionado; e o segundo dispositivo de comunicação compreende um sensor que monitora uma condição associada com o complexo de poço submarino, o segundo dispositivo de comunicação se comunicando com o roteador (12, 22) livre de qualquer restrição quanto ao protocolo de dados.

5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o primeiro dispositivo de comunicação compreende um módulo eletrônico submarino (1, 11) de uma primeira árvore submarina; e o segundo dispositivo de comunicação compreende um módulo eletrônico submarino (1, 11) de uma segunda árvore submarina.

6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ainda compreender: um módulo eletrônico de comunicação (19) localizado no complexo de poço submarino, o roteador (12, 22) estando localizado dentro do módulo eletrônico de comunicação (19); uma pluralidade de módulos eletrônicos submarinos no complexo de poço submarino, cada um associado com uma árvore submarina separada do complexo de poço submarino; e em que cada um dos módulos eletrônicos submarinos (1, 11) contém um roteador (12, 22) que se comunica com o referido primeiro roteador (12, 22) mencionado.

7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o roteador (12, 22) recebe sinais de controle multiplexados através da ligação de comunicação do computador (6), os sinais de controle multiplexados incluindo sinais de controle para o primeiro dispositivo de comunicação; em que o roteador (12, 22) direciona os sinais de controle para o primeiro dispositivo de comunicação.

8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a ligação de comunicação compreende uma ligação de fibra ótica.

9. SISTEMA de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: o complexo de poço submarino ter pelo menos uma árvore submarina contendo dispositivos elétricos para controlar válvulas que controlam a vazão de fluido na árvore e sensores para monitorar as condições da árvore, o sistema compreendo ainda: um processador (2) no complexo de poço para fornecer sinais para os dispositivos elétricos e receber sinais dos sensores.

10. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo dispositivos de comunicação se comunicam com o roteador de comunicação (12, 22) em um protocolo e taxa de dados diferentes daqueles do processador.

11. SISTEMA de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: o complexo de poço submarino ter uma pluralidade de árvores submarinas contendo dispositivos elétricos para controlar válvulas que controlam a vazão de fluido nas árvores e sensores para monitorar as condições da árvore; os primeiro e segundo dispositivos de comunicação sendo associados com cada árvore que monitora uma condição associada com a árvore, o sistema compreendo ainda: um processador (2) associado com cada árvore para fornecer sinais aos dispositivos elétricos e receber sinais dos sensores; e uma pluralidade de roteadores (12, 22) de árvore de poço, cada um associado com uma das árvores e acoplado ao processador (2) e ao dispositivo de comunicação da mesma árvore, cada um dos roteadores (12, 22) da árvore de poço se comunicando com o processador (2) da mesma árvore por um protocolo de dados selecionado e se comunicando com o dispositivo de comunicação da mesma árvore por pelo menos um protocolo de dados diferente.

12. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por ainda compreender: um roteador central no módulo eletrônico de comunicação (19) e ligado a cada um dos roteadores (12, 22) de árvore de poço; em que a ligação de comunicação se estende entre o roteador (12, 22) central e o computador (6).